N.51 – Modelan la organización anteroposterior durante el desarrollo humano

El embrión humano transita una transformación trascendental en su tercera semana, cuando la masa de células indiferenciadas (blastocisto) se alarga y comienza a diferenciarse desarrollando características específicas de las partes del cuerpo en las que se convertirá (plan eje cabeza-cola). Este proceso -conocido como gastrulación- transforma un grupo isotrópico de células en un conjunto de tejidos que se ordena con relación a tres ejes ortogonales.

Si bien se ha indagado acerca de este proceso en diversos organismos modelo, poco se sabe sobre la gastrulación en humanos, debido a la dificultad de obtener embriones en etapas tan tempranas de desarrollo y a las restricciones éticas, regulatorias y técnicas que limitan la viabilidad de observar la gastrulación humana ex vivo. Es por ello que hoy se están generando estructuras artificiales –con creciente complejidad- para estudiar el desarrollo de embriones humanos y para contribuir a dilucidar factores genéticos y ambientales que afectan esta etapa crucial y enigmática del desarrollo (por ejemplo, pérdida de embarazos, trastornos durante el desarrollo temprano, afecciones cardíacas congénitas, espina bífida).

El modelo aquí referido, plasmado por biólogos del desarrollo de la Universidad de Cambridge, Reino Unido y sus colegas en los Países Bajos, es el primero en mostrar la concreción del plan para el desarrollo del cuerpo entre 18 y 21 días después de la concepción. En el artículo reseñado se muestra cómo se usan células madre embrionarias humanas para generar “gastruloides”, agregados multicelulares tridimensionales que se diferencian para formar derivados de las tres capas germinales organizadas espaciotemporalmente, sin tejidos extraembrionarios adicionales. Los gastruloides humanos experimentan un alargamiento a lo largo de un eje anteroposterior, y se utilizó transcriptómica espacial para mostrar que exhiben una expresión genética pautada. Los gastruloides desarrollan componentes rudimentarios del corazón y del sistema nervioso, pero carecen de los componentes para formar un cerebro y otros tipos de tejidos necesarios para convertirse en un feto viable. Si bien estas estructuras embrionarias artificiales permiten eludir inquietudes éticas sobre la investigación de embriones humanos, se prevé que podrían motivar cuestionamientos éticos a medida que se tornen más avanzadas y realistas.

Si se procede correctamente, las células se convierten -por sí mismas- en estructuras 3D, y luego imitan espontáneamente el proceso de gastrulación. Se trata de un proceso relativamente simple porque las propias células hacen el trabajo sustancial. Aunque dichas estructuras muestran ciertas características clave de un embrión de 21 días, los gastruloides alcanzan esa etapa en sólo 72 horas y sobreviven por no más de 4 días antes de colapsar sobre sí mismos. El resultado más fascinante fue verificar la formación de conjuntos de células que se extienden simétricamente sobre el eje de la cabeza a la cola. El análisis genético mostró que estas células eran las que eventualmente formarían músculos en el tronco, las vértebras, el corazón y otros órganos. El modelo embrionario ayudará a estudiar cómo emerge el patrón de las células y dónde pueden generarse problemas o errores (como la escoliosis) en este proceso. El equipo continuará trabajando en estructuras que representen, con creciente realismo, el desarrollo temprano. En próximos años, podrían agregarse células que imitarían la placenta, y también podrían verse gastruloides con corazones que laten y hasta un “cerebro” rudimentario.